CN107654275A - 电排气催化转换器、车辆和用于操作电排气催化转换器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电排气催化转换器、车辆和用于操作电排气催化转换器的方法。本发明涉及电排气催化转换器（24），其具有加热设备（30），加热设备（30）包括第一加热元件（32）和第二加热元件（34），其在电排气催化转换器（24）的活性催化作用区域（26）的上游和下游彼此分离地布置。本发明还涉及具有所述类型的电排气催化转换器（24）的车辆（10），及涉及用于操作所述类型的电排气催化转换器（24）的方法。

Description

电排气催化转换器、车辆和用于操作电排气催化转换器的 方法

本发明涉及电排气催化转换器，涉及具有所述类型的电排气催化转换器的车辆，和涉及用于操作所述类型的电排气催化转换器的方法。

排气催化转换器尤其在带有燃烧马达的车辆中提供用于执行排气后处理的目的，以便因此显著减少在来自燃烧马达的内燃机的排气中的污染物排放。此处，在排气催化转换器中执行燃烧污染物通过相应污染物的氧化或还原的化学转换。出于该目的，排气催化转换器通常具有活性催化作用区域，在该区域中，执行化学转换催化作用。

所要求的操作温度通常位于大约500℃的区域中，因为在活性催化作用区域中执行的催化作用要求用于有效排气后处理的特定最小温度。

为了满足日益严格的排气法规，混合动力例如是一种可能，在该情况下，与纯粹燃烧马达提供动力的车辆相比，燃烧马达尽可能不操作（在混合动力车辆或轻度混合动力车辆的情况下）。然而这导致更大比例的车辆运动利用冷燃烧马达。

因此为了使排气催化转换器迅速达到期望的操作温度，例如实施基于燃烧的措施，然而这导致增加的燃料消耗。总之，更大比例的冷起动导致增加的冷-起动排放，且因此还导致增加的燃料消耗。然而替代地，可能能够使用电排气催化转换器，其具有专用加热设备，该专用加热设备电气地操作且其能够使排气催化转换器达到期望的操作温度。

本发明的目的是提出一种电排气催化转换器，其能够尤其有效地操作。

所述目的借助于具有权利要求1的特征组合的电排气催化转换器实现。

具有所述类型的电排气催化转换器的车辆和用于操作所述类型的电排气催化转换器的方法是并列权利要求的主题。

从属权利要求涉及本发明的有利的改良。

一种用于具有内燃机的车辆的电排气催化转换器包括：活性催化作用区域，其用于还原和/或氧化在内燃机中生成并沿着流动方向流过活性催化作用区域的至少一种排气；和用于加热催化作用区域的加热设备，其中，所述加热设备具有第一加热元件和与第一加热元件分离地布置的第二加热元件。此处，第一加热元件沿排气的流动方向布置在催化作用区域的上游，并且第二加热元件沿排气的流动方向布置在催化作用区域的下游。还提供一种用于致动加热设备的控制设备，所述控制设备致动加热设备，使得在内燃机的操作期间，仅第一加热元件被致动用于加热催化作用区域的目的，且当内燃机处于停止时，仅第二加热元件被致动用于加热催化作用区域的目的。

电排气催化转换器的第一加热元件因此沿排气流动方向布置在活性催化作用区域的上游。所述活性催化作用区域通常形成为由陶瓷组成的蜂窝本体，其利用所谓的罩面涂层涂覆，催化作用在所述罩面涂层上发生。如果所述第一加热元件通电，且在该过程中变暖，则小部分热能通过热传导传递通过排气催化转换器的壳体部分至整体形式的蜂窝本体的入口。另外部分的热能通过对流经由流动通过活性催化作用区域的排气质量流动传递至布置在蜂窝本体中的催化活性整体块（monolith）。

此外，提供第二加热元件，其沿排气流动方向布置在活性催化作用区域的下游。

如果因为内燃机处于停止且因此不生成排气，所以现在没有排气的质量流动，则仅第二加热元件被加热。不管有没有排气质量流动，热量现在都能够从所述第二加热元件进入活性催化作用区域且因此通过自由对流进入蜂窝本体。以这种方式，甚至当内燃机处于停止时，活性催化作用区域也可能被保持在操作温度或者第一次达到所述操作温度。能够因此在内燃机起动之前已经获得操作温度。

在有利的改进中，电排气催化转换器被定向成使得，流动通过活性催化作用区域的排气的流动方向平行于地球重力的第一力矢量且沿着该第一力矢量的方向布置。

以这种方式，实现下述：当第二加热元件起作用时，实现朝上，也就是说与地球重力逆向的对流流动，且因此加热的环境空气朝上流动到活性催化作用区域中并因此由于对流加热后者。

如果仅提供在催化作用区域的上游的第一加热元件，则通过所述第一加热元件生成的热量将可能被捕集并仅在充分的排气质量流动的情况下传递到蜂窝本体内。与其相比，现在额外地利用自由对流，在这种情况下，热量朝上上升到活性催化作用区域中，其中，该过程不要求燃烧马达的任何排气质量流动。

一种有利的车辆具有内燃机，内燃机具有往复式活塞，当内燃机处于停止时，活塞不运动，并且当内燃机处于操作中用于驱动车辆的目的时，活塞以平移方式沿着活塞纵向轴线运动，其中，在操作期间，内燃机生成排气。此外，车辆具有排气道，该排气道用于将在操作期间在内燃机中生成的排气排放到环境中，其中，如上面所描述的电排气催化转换器布置在排气道中。

此处，电排气催化转换器有利地平行于活塞纵向轴线布置，使得排气流动首先通过第一加热元件，然后通过活性催化作用区域并且然后通过第二加热元件。

如果电排气催化转换器现在垂直地布置，尤其使得第一加热元件定位在活性催化作用区域的上游并且第二加热元件定位在活性催化作用区域的下游，也就是说，当内燃机处于停止时，蜂窝本体，仅下部加热元件，也就是说第二加热元件被加热。在内燃机的操作期间，仅加热上部加热元件，也就是说第一加热元件被加热。在操作期间，存在排气质量流动，其通过排气道引入到电排气催化转换器内，其中，通过第一加热元件加热流动的排气，且热量进入活性催化作用区域。因此不再要求借助于第二加热元件加热。然而，如果内燃机处于停止，且不存在排气质量流动，则仅加热第二加热元件，其中，由于电排气催化转换器的垂直布置，活性催化作用区域总体上从下方通过对流加热。在该情况下，借助于第一加热元件加热是不必要的。

在用于操作用于具有内燃机的车辆的电排气催化转换器的有利方法中，情况首先是，提供如上面所描述的电排气催化转换器，其具有在活性催化作用区域的上游和下游彼此分离地布置的第一加热元件和第二加热元件。然后，检测内燃机是否处于操作状态或处于停止状态。然后，如果内燃机处于操作状态，则仅致动第一加热元件，或者如果内燃机处于停止状态，则仅致动第二加热元件。

能够因此在内燃机启动之前已经以特别有效的方式获得排气催化转换器的操作温度。

将在下文中基于附图更详细地讨论本发明的有利的改进，在附图中：

图1是车辆的示意图，所述车辆具有内燃机和用于排放在内燃机中已经生成的排气的排气道，其中，电排气催化转换器布置在排气道中；和

图2是用于操作来自图1的电排气催化转换器的方法的步骤的示意图。

具体实施方式

图1是具有内燃机12的车辆10的示意图。在内燃机12的操作期间，在内燃机12中的往复式活塞14以平移方式沿着活塞纵向轴线16运动用于驱动车辆10的目的。然而，当内燃机12处于停止时，所述往复式活塞14不运动。在内燃机12的操作期间，产生排气18，其从内燃机12经由排气道20排放到车辆10周围的环境22中。

为了能够在基本上没有污染物进入环境22中的情况下排放排气18，有效的排气后处理是必要的，这借助于布置在排气道20中的电排气催化转换器24执行。出于该目的，排气催化转换器24具有活性催化作用区域26，当排气18沿着流动方向28流过活性催化作用区域26时，排气18或在排气18中的污染物能够在活性催化作用区域26中被氧化或还原。

为了催化作用能够在活性催化作用区域26中发生，活性催化作用区域26有必要处于特定操作温度。为了达到所述操作温度，提供加热设备30，其能够主动加热活性催化作用区域26。出于该目的，加热设备30具有在排气催化转换器24中彼此分离地布置的两个加热元件32、34。此处，第一加热元件32沿排气18的流动方向28布置在活性催化作用区域26的上游，且第二加热元件34沿排气18的流动方向28布置在活性催化作用区域26的下游。排气18因此在排气道20中首先流动通过第一加热元件32，然后通过活性催化作用区域26并随后通过第二加热元件34。

此外，在车辆10中提供控制设备36，所述控制设备能够主动致动加热设备30并因此致动两个加热元件32、34。

如能够从图1看到的，排气催化转换器24垂直地布置且因此平行于并沿着地球重力VG的力矢量的方向。排气18因此沿着地球重力VG的力矢量流出排气催化转换器24。

如果内燃机12处于停止，则没有排气18产生，且因此也不存在能够流动通过排气催化转换器24并因此通过活性催化作用区域26的排气质量流动。活性催化作用区域26因此不能借助于排气18的强制对流通过第一加热元件32加热。因此，在该停止状态状况中，仅第二加热元件34被致动并因此起作用。借助于自由对流，在第二加热元件23中加热的环境空气沿与地球重力VG的力矢量逆向的方向从第二加热元件34流动到活性催化作用区域26中，且因此将活性催化作用区域26加热至期望的操作温度。

在内燃机12的操作期间，存在排气质量流动，使得第一加热元件32被致动并因此起作用并加热排气质量流动，其然后通过强制对流加热催化作用区域26。

图2是利用其能够操作电排气催化转换器24的方法的方法步骤的示意图。

此处，首先，提供在图1中示出的电排气催化转换器24，其不仅具有活性催化作用区域26，而且还具有第一加热元件32和第二加热元件34，其在活性催化作用区域26的上游和下游彼此分离地布置。然后检测内燃机12是否处于操作状态或停止。

如果内燃机12处于操作状态，则第一加热元件32被致动并因此起作用，以便加热由于内燃机12的操作产生的排气质量流动，并且同时通过强制对流使活性催化作用区域26达到操作温度。

然而，如果检测到内燃机12处于停止，则仅第二加热元件34被致动并因此起作用，以便借助于自由对流加热环境空气，该环境空气从下方流动通过活性催化作用区域26并因此将后者加热至操作温度。

所述方法步骤连续地执行，以便能够连续识别两个加热元件32、34中的哪一个目前应当理想地被致动。

Claims (5)

1.一种用于具有内燃机（12）的车辆（10）的电排气催化转换器（24），其包括：

- 活性催化作用区域（26），其用于还原和/或氧化在所述内燃机（12）中生成并且沿着流动方向（28）流过所述活性催化作用区域（26）的至少一种排气（18）；

- 用于加热所述催化作用区域（26）的加热设备（30），其中，所述加热设备（30）具有第一加热元件（32）和与所述第一加热元件（32）分离地布置的第二加热元件（34），其中，所述第一加热元件（32）沿所述排气（18）的所述流动方向（28）布置在所述催化作用区域（26）的上游，且所述第二加热元件（34）沿所述排气（18）的所述流动方向（28）布置在所述催化作用区域（26）的下游；

- 控制设备（36），其用于致动所述加热设备（30），使得在所述内燃机（12）的操作期间，仅所述第一加热元件（32）被致动用于加热所述催化作用区域（26）的目的，且当所述内燃机（12）处于停止时，仅所述第二加热元件（34）被致动用于加热所述催化作用区域（26）的目的。

2.根据权利要求1所述的电排气催化转换器（24），其特征在于，所述电排气催化转换器（24）被定向成使得流动通过所述活性催化作用区域（26）的所述排气（18）的所述流动方向（28）被布置成平行于并且沿着地球重力（VG）的力矢量的方向。

3.一种车辆（10），其包括：

- 具有往复式活塞（14）的内燃机（12），当所述内燃机（12）处于停止时，所述活塞（14）不运动，且当所述内燃机（12）处于操作中用于驱动所述车辆（10）的目的时，所述活塞（14）沿着活塞纵向轴线（16）以平移方式运动，其中，在操作期间，所述内燃机（12）生成排气（18）；

- 排气道（20），其用于将在操作期间在所述内燃机（12）中生成的所述排气（18）排放到环境（22）中，其中，根据在权利要求1和2中的任一项所述的电排气催化转换器（24）布置在所述排气道（20）中。

4.根据权利要求3所述的车辆（10），其特征在于，所述电排气催化转换器（24）平行于所述活塞纵向轴线（16）布置，使得所述排气（18）首先流动通过所述第一加热元件（32），然后通过所述活性催化作用区域（26）且然后通过所述第二加热元件（34）。

5.一种用于操作用于具有内燃机（12）的车辆（10）的电排气催化转换器（24）的方法，

- 提供根据权利要求1和2中的任一项所述的电排气催化转换器（24），所述电排气催化转换器（24）具有在活性催化作用区域（26）的上游和下游彼此分离地布置的第一加热元件（32）和第二加热元件（34）；

- 检测所述内燃机（12）是否处于操作状态或处于停止状态；

- 如果所述内燃机（12）处于所述操作状态，则仅致动所述第一加热元件（32），或者

- 如果所述内燃机（12）处于所述停止状态，则仅致动所述第二加热元件（34）。